Các phương pháp nâng cao để chẩn đoán cách điện cho máy biến áp lực (phần 2)

09/04/2020
mba

4. Quét tần số và điện áp của điện dung và hệ số tổn hao điện môi

Các phương pháp đề cập trên đây chắc chắn không được thí nghiệm định kỳ trên máy  biến áp. Chủ yếu chúng được tiến hành sau một chỉ số, ví dụ từ kết quả DGA. Nếu thời gian để tiến hành cho các phương pháp đề cập trên quá dài, cũng có các phép đo nâng cao đo điện dung và hệ số tổn hao điện môi sử dụng một thiết bị thí nghiệm đa năng có thể giúp hạn chế một hư hỏng có thể đã xảy ra.

Một phương pháp là đo điện dung và hệ số tổn hao trong một dải tần số, ví dụ 15Hz – 400Hz. Sơ đồ đo giống như thí nghiệm đáp ứng điện môi (Hình 1). Phép đo có thể được thực hiện ở các điện áp cao hơn so với đo đáp ứng điện môi, ví dụ tại 2kV. Đường cong  đo được chỉ là một phần nhỏ của đáp ứng điện môi (hình chữ nhật đỏ trên Hình 7). Tuy nhiên, phương pháp này đã cung cấp nhiều thông tin hơn so với các phép đo truyền thống tại các tần số chính, do có thể quan sát được độ dốc của hệ số tổn hao.

Trong các trường hợp của máy biến áp mới và trung tuổi, hệ số tổn hao tại tần số chính có thể tương tự nhau. Vì vậy không thể nhận ra cách điện trong tình trạng mới hoặc nó đã có tuổi. Sử dụng quét tần số hẹp, có thể quan sát độ dốc đường cong là đi xuống hay đi lên. Trong thời gian vận hành, đường cong dịch chuyển sang bên phải. Do đó, độ dốc có thể chỉ ra các giá trị nằm bên phải của điểm cực tiểu (điển hình cho tình trạng cách điện mới  và rất tốt) hoặc bên trái của điểm cực tiểu (máy biến áp ít tuổi hoặc trung tuổi). Với cách điện già cỗi, các giá trị hệ số tổn hao tuyệt đối tăng đáng kể.

b7
Hình 7: Hệ số tổn hao phụ thuộc vào tần số của một máy biến áp lực mới, trung tuổi và đã rất già cỗi

Phương pháp này giúp phân biệt giữa cách điện mới, ít tuổi hoặc rất già cỗi. Do đó, nó thích hợp để theo dõi quá trình lão hóa của một nhóm máy biến áp, ví dụ cho kế hoạch đầu tư dài hạn. Nó chỉ ra hàm lượng nước cao, độ dẫn điện của dầu cao và/ hoặc sự lão hóa, nhưng không thể đưa ra con số cụ thể cho cả 2 thông số trên. Nó cũng không thể sử dụng để phân biệt giữa ảnh hưởng của dầu và vật liệu cellulose. Tuy nhiên phép đo này nhanh hơn so với đáp ứng điện môi và có thể thực hiện tại điện áp cao, ví dụ 2kV.

Một phép thử nhanh khác cho các sự cố nghiêm trọng là quét điện áp của các phép đo điện dung và hệ số tổn hao. Mỗi quét điện áp đưa lại thông tin bổ sung về các khiếm khuyết có thể có trong cách điện. Một ứng dụng điển hình là đo sử dụng điện áp trong một dải, ví dụ 400V – 12kV. Như đã biết, một hệ thống cách điện tốt điển hình không thể hiện sự phụ thuộc đáng kể vào điện áp tới điện áp định mức của nó. Nếu một sự phụ thuộc vào điện áp được phát hiện, nó có thể là báo hiệu cho phóng điện cục bộ hoặc phá hủy bộ phận giữa các lớp các khau. Các tiếp xúc kém cũng có thể là một nguyên nhân.

Một phép đo trong dải 400V – 12kV giúp phát hiện các khiếm khuyết như đề cập ở trên sớm hơn so với các phép đo điện dung và hệ số tổn hao truyền thống. Phép đo tương đối nhanh, nhưng có thể đưa lại một dấu hiệu cho các điểm yếu với độ bền điện môi thấp hơn hoặc tiếp xúc kém.

5. Kết luận so sánh các phương pháp đã đề cập

Tình trạng cách điện một mặt chịu ảnh hưởng của các điểm yếu hoặc các khiếm khuyết đơn lẻ, mặt khác bởi sự thay đổi tổng thể hay thoái hóa trong vật liệu. Cả hai đều rất quan trọng cần được phát hiện ra, nhưng cách xử lý hoàn toàn khác nhau. Một máy biến áp già cỗi có thể không có các khuyết tật đơn lẻ gây nên phóng điện cục bộ mạnh, nhưng nó cần được thay thế do sự hư hỏng lớn trong cách điện. Một máy biến áp mới có thể có tình trạng cách điện tổng thể rất tốt, nhưng một tạp chất hoặc bụi kim loại có thể gây nên phóng điện cục bộ, điều này có thể dẫn đến sự cố nghiêm trọng. Trong trường hợp này, chỉ một phần cụ thể của cách điện cần được sửa chữa.

Thực tế là, không thể có thông tin về các điểm yếu đơn lẻ và tình trạng cách điện tổng thể mà chỉ sử dụng một phương pháp. Do đó, sự kết hợp của các phép đo chẩn đoán có thể giúp chúng ta thu được bức tranh rõ ràng về tình trạng cách điện. Các phương pháp được mô tả ở phần trước có thể giúp chẩn đoán tình trạng cách điện. Nhìn chung – như phần lớn các cách tiếp cận – các phương pháp nhanh hơn đem lại một chỉ số, nhưng để có một bức tranh toàn diện (ví dụ đo hàm lượng nước hay định vị một vị trí phóng điện cục bộ) cần đầu tư nhiều thời gian hơn để sử dụng các phương pháp chuyên môn sâu hơn. Bảng sau đây cho thấy tổng quan về các phương pháp chẩn đoán nâng cao đã đề cập và các thông tin có thể thu được.

Đáp ứng điện môi (0.1mHz – 1 kHz) Quét miền tần số (15Hz – 400Hz) Đo điện dung và tổn hao điện môi

theo điện áp

Đo phóng điện cục bộ
Chẩn đoán các thay đổi vật liệu tổng thể:

–  sự lão hóa

–  hàm lượng nước

–  các thay đổi tổng thể (sự thoái hóa)

Không có khả năng phát hiện các điểm yếu đơn lẻ

Chẩn đoán các điểm yếu như:

–  các điểm bị suy giảm độ bền điện môi (như các tạp chất nhỏ hay các vết nứt)

–  phá hủy cục bộ

Không có khả năng phát hiện sự thay đổi vật liệu tổng thể

Phân biệt giữa ảnh hưởng của dầu và cách điện rắn Không có sự khác nhau giữa dầu và cách điện rắn Không có sự khác nhau giữa các nguyên nhân của khuyết tật Phân biệt được các loại phóng điện, ví dụ phóng điện khe hở hay bề mặt.

Có khả năng định vị vị trí phóng điện

 Đo đạc:

–   hàm lượng nước trong cách điện rắn

–  độ dẫn của dầu

–  các giá trị kết cấu hình học

–  ảnh hưởng của các sản phẩm sinh ra trong quá trình lão hóa

 Chỉ thị:

–  nước trong cách điện rắn

–  độ dẫn điện của dầu cao

–  cách điện bị lão hóa

 Chỉ thị:

–  phóng điện cục bộ

–  phá hủy từng phần giữa các lớp cách điện (sứ đầu vào)

-Tiếp xúc kém

 Đo đạc:

–  tần suất và

–  mật độ các phóng điện cục bộ

6.Tài liệu tham khảo

  1. Gernandt: „Auswertung von Störungen und Gas-in-Ölanalysen bei Hochspannungs- Transformatoren“, ETG Fachbericht 104, Kassel 2006
  1. Cigre Brochure 254: “Dielectric Response Methods for Diagnostics of Power Transformers”; 2002
  2. Cigre Brochure 414: “Dielectric Response Diagnoses For Transformer Windings”; 2010
  3. IEC 60270, “High-voltage test techniques – Partial discharge measurement”, Version 2000, 3rd Edition
  4. König and Y. N. Rao: “Partial Discharges in Electrical Power Apparatus”, VDE 1993
  5. C. Montanari: “Insulation diagnosis of high voltage apparatus by partial discharge investigation”, Liu-Yeda Memorial Lecture, in Proc. IEEE ICPADM, Bali, Indonesia, 2006
  6. Rethmeier: “Separation of Superposed PD Faults and Noise by Synchronous Multi- Channel PD Data Acquisition”, 17th Biennial IEEE International Symposium on Electrical Insulation, Vancouver, Canada, 2008
  7. Fuhr, “Procedure for Identification and Localization of Dangerous PD Sources in Power Transformers”, IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, Vol. 12, No. 5, pp. 1005-1014

Biên dịch:

TRẦN QUANG MINH

ENTEC A&T

TRẦN QUANG ĐỨC

ETRC

Biên soạn:

Stephanie Uhrig; Martin Anglhuber; René Hummel, Michael Krueger

OMICRON electronics GmbH

This entry was posted in . Bookmark the permalink.
024 6683 0230

Send us
an Email

Contact